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1、其次节可控硅桥来自母线的三相沟通电经断路器向可控硅SCR馈电，每相沟通电源接两只SCR,-MSCK的阴极接直流（+）母线，另一只SCK的阳极接直流（一）母线。三相沟通电源共需6只SCR,A相接到A+和A,B相接到B+和B-,C相接到C+和C-。A+、B+和C+SCK向直流（+）母线馈电，A-、B-和C-SCR则向直流（一）母线馈电。直流母线经工况接触器接到各驱动直流电动机。SCR的通断由门极和阴极间所加的触发脉冲限制，使得SCR输出的直流电压在0750VDC范围内可调，其输出电流为165OA时可连续运行,最大电流可达1800A（55摄氏度环境温度,输出电压及电流最大值由沟通母线电压及SCR型号
2、确定）在可控硅沟通侧的断路器上有一组协助接点，上面的一组常开接点及面板4SCRON信号灯连接，另一-开接点是指配接触器逻辑线路的一部分.断路器有一失压脱扣线圈（UYTRlP）,线圈正端接到+MV直流电源上，负端经几个闭接点接到一14V直流电源上，这几个闭接点在下列紧急状态下断开：1、有两个热敏元件TEMPI和TEMP2,各装在（+）（一）直流母线上，当SCR结温超过125度时，热敏元件闭接点断开。2、爱护SCR的熔断器由两只600的熔断器并联装配而成，由此可获得等值于沟通1380的主熔断器.失压脱扣电路和各SCK的信号熔断器串联接线,而信号熔断器跨接在主熔断器上，假如主熔断器烧断，过电流便通过
3、信号熔断器，造成信号熔断器熔断，这时通过熔断器上柱塞对连杆的挤压，致使微动开关闭接点断开。3、失压脱扣电路及司钻限制台上的紧急停机按钮接点接在一起，紧急停机时，该闭接点断开。在SCR沟通侧有三个电流互感器CTkCT2和CT3,用来检测流入SCR的电流，电流互感器信号整流后作为电流反馈信号加到直流组件上去，并在限制面板上用宜流电流表显示SCR输出电流的大小（每2.66V相当于SCR输出100OA电流）。为降低加于SCR的电压变更率dv/dt和电流变更率didt,避开SCR被误触发甚至击穿，在SCR沟通侧串接电抗器REACTOR,并在SCR两端跨接由25欧电阻和IUF电容组成的阻容汲取电路。在SC
4、R门极和阴极之间的脉冲变压器用来变换限制组件输出的触发脉冲，以便对SCR进行强触发。在SCR输出端的直流母线上跨接了一些串联电阻，以1：15的比率取出一部分电压，模拟SCR输出电压，送入宜流组件为直流调整电路用。当SCR输出750VDC时,直流组件101102间的电压为75015=50V,同时在其中一组电阻上取出电压降，驱动面板上的SCR电压表。变压器T5供应46V的三相沟通电供应PCI板，经PCl整流为60V直流，作为接触器电源，变压器T4给可控硅信号灯1.l供应120VAC电源，当可控硅工作时,1.l发光。T4副边的星形绕组还对直流组件供应六相120V电源（VCa、Vcb.Vab.Vba、
5、YbC和Vac,对应直流组件103108),这些电源信号用于SCR同步触发脉冲，并产生正负MV的直流电源。第三节浪涌电压抑制由于沟通电路在接通和断开时会出现暂态过程，导致在可控硅输入端出现过电压，产生过电压的缘由主要是及可控硅桥并联的其他负载切断时，或可控硅桥直流恻开关断开时，或断路器因故跳闸时，由于电源回路电感产生感应电势，造成过电压。这些过电压都是瞬时尖峰电压，通常用阻容汲取电路消退它们，一般称为浪涌电压抑制电路.下图就是一个整体式接法的RC电路,三相沟通电经.极管D1D6组成的三相整流桥整流后，给相串联的C3、C4和C5充电，若出现尖峰电压,则被C3、C4、C5、R8R13的R15R17
6、等阻容网络汲取。由于这种整流式接法使电容放电不经过可控硅，对限制dv/dt值也有好处。由于C3、C4和C5是三个1500uI450V的大电容,它们本身还存在一些电感，这将影响对尖峰电压的汲取效果，因此在上述阻容两端再并联两个较小的电容Cl和C2,依靠Cl和C2对高频重量的汲取功能抵消寄生电感产生的影响。为了限制电源刚接通时过大的充电电流，在电容充电回路中串接一个10欧225瓦的限流电阻Rb使充电电流限制在84A以内,在电源接通的30InS后，继电器Kl动作，使Rl短路.电源切断时，C3、C4和C5等电容上的电荷由电阻网络经过肯定时间泄放，所以在刚切断电源后的短时间内，决不行接触电路中的任何导体
7、，以免触电。K1：继电器DD6：二级管Cl,C2：IOuF1500VC3,C4,C5：1500uF450VRl：10欧225NR8R13：100千欧2WR15-R17：310欧750W第四节直流限制组件框图宜流限制组中安装着限制SCR的电子电路，其中有触发器和直调整器,它们组成一个具有反馈环节的自动限制系统，能自动地按来Fl限制台的指令调整电动机的速度和转矩，其方框图如下所示.由框图可看出，SCR传动系统由两个调整环组成，外环为电压（速度）环，内环为电流（转矩）环.来自司钻限制台的速度给定(SPEEDREF)及速度反馈(SPEEDFEEDBACK)信号综合产生一速度指令，速度指令经速度调整器Z
8、7调整后及电流反馈信号综合产生触发给定信号，再送入触发器(FlRINGCcTS)。触发器产生触发脉冲(PU1.S),限制SCR导通时间,变更SCR直流输出电压,从而调整电动机的转速和转矩。速度给定信号由司钻限制台上的变阻器手轮给定，从O到最大，变阻器可输出O到-8V的直流电压信号；绞车给定除了手轮限制外,另有脚踏指令限制器。电流反馈信号来自SCR三相沟通进线的电流互感器，由于电动机转矩干脆及电枢电流成正比(M=CInOIa,其中Cm为电动机结构常数，。为电动机磁通)，而SCR的沟通输入电流大小及电动机的电枢电流近似成正比，因此用SCR三相沟通进线电流互感器中的电流模拟电动机转矩，作为转矩反馈信
9、号。速度反馈信号是电动机转速的模拟量，对于串励宜流电动机,速度是电枢电压及磁通之比的函数，而磁通乂是电枢电流的函数，它们的关系可山下列关系得到：由电动机的基本原理可知，电动机的电枢反电势为：Ea=CenC式中Ce为电动机结构常数,n为电动机转速，。为电动机每极磁通，由于电动机电压V及其电枢反电势Ea近似相等，因此可得出：N=V/(Ce-C)上式表明，只要将电动机两端电压及磁极磁通C利用除法器相除，即可得到及电动机转速成正比的速度反馈信号，Rosshill宜流组件就是按这样的思路进行设置的。SC/第五节SCR触发触发电路为SCR产生触发脉冲，一个SCR单元的宜流组件中共有六套相同的触发电路，一套
10、触发电路触发一只SCR元件,如图2。由图4可知，从变压器T4逼边产生六相同步信号Vab、Vac、Vbc、Vba、VCa和VCb,将这六相分别输入图2的六套触发电路中,这六套电路都是锯齿波同步触发电路，具有双脉冲、强触发等环节，这种电路调整范围宽、抗干扰、抗电网波动性好。它由同步移相及脉冲形成放大两部分组成，现以B+相触发电路为例分析其工作原理，在电容C303以前为同步移相电路，其后为脉冲形成放大电路。一、同步移相电路同步移相的原理是将变压器T4输入的正弦同步电压Vab变换成锯齿波电压，并将此锯齿波电压作为同步电压，再及宜流触发给定电压比较，输入到Z3中，限制Z3的输出，以实现锯齿波移相的目的。
11、图2中的波形为正弦电压Vab的波形。在同步信号Vab的正半周,二极管D301截止，+IOV电源通过R303、D303向电容C302充电，由于二极管D304及C302并联,所以C302上的电压就是D304上的正向管压降，为0.7V.如图2波形48ms一段。在同步信号Vab的负半周，二极管D301导通，通过D301上的电流在R302上的压降使D303的阳极电位低于阴极电位，D303截止。C302上原有的正向管压降很快降为零，并由TOV电源经R303和R304的并联电路向C302反向充电,使C302上的电压上负下正，如波形中816ms一段,反向充电时间常数为：Tft=R303R304C302/(R3
12、03+R304)当同步信号Vab由负半周变为正半周时，C302通过下列回路放电：C302一地一+1OV电源一R302D303C302,放电时间常数为：Tei=R302C302放电使C302上的负电压值渐渐减小为零，并正向充电至0.7V.由于T嬉小于T光，所以C302的放电时间比充电时间短，如波形中1620ms一段.C302放完电后乂正向充电至D304正向管压降电压，这样便在电容C302上形成一个锯齿波电压。将C302上的锯齿波电压通过R306输入到放大器Z3的同相端点，该点电压波形及点一样，只是由于R306有压降使其电位负值较点小一些.在Z3反相端输入触发给定信号，在Z3中将两信号相比较，当锯
13、齿波电压小于给定信号时，Z3输出正电平，如波形中的213ms一段，当锯齿波电压大于给定信号电压时，Z3输出负电平，如波形中1318ms一段。可见Z3输出为一矩形脉冲.二、脉冲形成放大电路当点电位为高电平常，13V电源使D312、D313导通,点电位为以上两二极管的正向压降，约1.4V左右。这时C303上的压降约为IV左右。当点电位位于13ms处由+12V跃至一12V时，由于C303上电压不能突变,所以点电位跃变为24V左右，同时C303上电荷通过1)307导通很快放电完，所以点电位乂很快升到原来的1。4V左右，从而形成点1315ms一段的脉冲波形。变更给定信号电压的大小，就能变更锯齿波电压及给
14、定电压交点，从而变更Z3输出电压,使点波形的正负矩形波宽度变更，也就变更了点脉冲产生的时刻，于是达到了移相的目的。由点波形可看出，给定信号电压的调整范围为0-2V,给定电压及锯齿波电压相交的时间范围在816ms之间，即有8ms的调整范围，相应的可调角度为：a=360o8501000=144o点电压信号由相邻的以Vac为同步信号电压的另一触发电路送入，其电压波形同点电压波形一样，只是其帕值经过R305的压降，比点电压幅值小得多.点电压再经过R309的压降后，同点电压一样大.另外,两个脉冲在相位上相差约2。8ms,这将在后续双脉冲形成中具体探讨。点和点电压经过三极管Q301放大反相后得到点波形，即
15、两个正向脉冲,点电压波形是将点电压再经过三极管Q302放大反相后得到的，其幅值约为30V,这个脉冲再经过脉冲变压器的耦合，送到SCR的门极和阴极之间，以限制SCR的导通和截止.三、双脉冲形成三相SCR全控桥要求接连送出两个相隔60的窄脉冲去触发SCR,图2中的每个触发电路，在一个周期内都可以连续送出两个相隔60的窄脉冲，去触发一个SCR门极，仍以B+为例，其中第一个脉冲由本相触发电路产生，而其次个窄脉冲则由滞后60的A触发电路产生,即A-产生本相触发脉冲的同时，由D212正端经R305、D306送到B+相Q301基极,于是B+触发电路产生其次个脉冲，由于同步信号正弦电压VaC在信任上比Vab滞
16、后60,所以在时间上，Vac滞后Vab:60o/（360X50）=3.3ms（此处为后续计算便利，运用50HZ,不是图纸上的60HZ）此处D306的作用是防止前相的负脉冲送到后相中去，产生误触发。图2中触发依次为:VabTaC-Vbc-Vca-Vcb-Vab,触发依次是由电源相序A-B-C确定的,假如电源相序接反，可控硅桥便不能正常工作。第六节电流调整图1中Z8及其相关元件组成电流调整电路（Pl调整器），它的第个输入信号是速度调整器输出的电流给定信号，这个信号来自由Z7组成的比例调整器，经R25和R39,到Z8的反相输入端。PI调整器的其次个输入信号是电流反馈信号，来自电流变换环节,从131端
17、输入组件，经R7和R37到Z8反相输入端。反馈系数是2。66V1000A.Pl调整器的第三个输入信号是功率限制信号，由115端子输入，经R36、D25和R39到Z8反相输入端。当电网上任一发电机的输出功率超过额定值的95%时，从这条输入端输入一个正电平信号，使触发给定信号变得更负一些，触发脉冲后移，限制角增大,SCR输出的宜流电压减小，从而减小输出电流。PI调整器的输出经图3中的R770、R771和R775输入到触发电路中，作为触发电路的触发给定信号，其调整范围为一3V到+0.5V,用以限制触发脉冲的相位。R771右端的手动开关Sl用来检查触发电路以及SCR桥工作状况，当Sl置于R44上时，切
18、断T4V电源，即切断接触器线圈电路，电动机接触器断开，电动机不工作，调整变阻器R44即可检查触发电路及SCR桥工作是否正常.当绞车电动机投入动力制动时，从Q703输出的动力制动信号经D719、R760、D730输入Q708基极，由于稳压二极管)730的作用，Q708基极信号被钳位于一5V左右,该信号使Q708导通，将一个较负的电平经D736送至触发给定线路,使触发给定电平为一3V,SCR桥不输出宜流电压。图3右下角Z706等相关元件组成零位锁定环节，该环节的作用是防止电动机在较高电压下突然起动，造成设备及人员损害.它保证只有在司钻限制台上速度给定手轮在零位时，所指配的接触器才能吸合工作，假如不
19、设零位锁定环节,而速度给定手轮又给出较负的电平，相应的接触器未吸合，这时速度调整环节中(图1的两点电位都在+5V左右，点电位为+1V,11输出到TP8点电位为正值，经Z8组成的Pl调整器后，将一3V电位送到触发电路中去,使得触发限制角变得很大,SCR输出几乎为零，电动机停止不动.这时假如突然将接触器闭合，点电位突然降至一11V,点间的二极管截止,点电位突降到O一IV,点电位降到OV以下，Z7输出到TP8点电位为-1V-5V间的一个较负电位,经Z8调整器后，将输出比-3V正得多的一个电位到触发电路，触发限制角突然变得很小,SCR桥输出高电压，电动机突然在高电压下起动,造成过大的起动电流和机械振动
20、等事故。加上零为锁定环节后，假如指配接触器未闭合时就使速度给定手轮在较大位置（较负），这时TP8得到较小的正电位，并从CB50输至Z706的反相输入端。接触器未闭合时，点电位为+5V,经D42D46或D73中的一个二极管由CB54输入零位锁定环节，使D747导通，将较高的正电位加到Z706同相输入端，因此Z706输出正电位，该正电位经D748、R791和D746影响Q708基极电位。同时，+5V电位还使D741截止,D739、D740导通，从而影响Q708基极电位，以上两个条件均使Q708基极电位较放射极为正,Q708导通，将触发给定电位降到一3V,使可控硅不输出直流电压.若此时接触器突然闭合
21、，TP8电位降到-1-5V之间的较负值，这个电位进入到入06的反相输入端，由于D745的箝位作用,使Z706的反相输入端电位为一0。7V.同时点电位因接触器吸合降至-UV左右，使D747截止，以上两个条件使Z706保持正电位。另外，Q708基极及放射极间跨拉一个大电容C715对动态过程产生剧烈的负反馈，保持Q708的导通状态，不会因为闭合接触器时引起的电位瞬时变更而变更，使Q708始终保持导通,将触发给定电位降为一3V,可控硅不输出宜流电压.若司钻正常操作，当速度给定手轮为零时，先将指配电动机的接触器接通，-IlV电位使Q747截止，Z901同相输入端电位为零伏,-UV电位同时使D741导通,
22、【)739、f)740截止，Q708基极电位低到放射极电位,同时这个低电位逆向通过D746、R7通,将Z706输出电位降为负值，并通过Z706的正反馈电路R789和R790使其同相输入端为负值，使Z706输出端保持负电位。虽然手轮给定的电位也能使Z706反相输入端降到一0。7V,但仍不足以变更Z706输出负电位的状态，从而使QI保持截止，不影响触发给定的正常输出，即触发电路正常工作，电动机正常起动运行。在零位联锁保持起作用时，Z706输出的正电位还使组件板上的指示灯1.ED2YPV,表示速度给定手轮不在零位。第七节速度调整速度调整电路由图1中的Z7及其相关电路组成，Z7为比例调整电路.输入到Z
23、7同相端的信号只能是转盘、泥浆泵和绞车等各信号中的一个,各信号网络基本相同,现以SCR系统驱动1号泥浆泵MPl为例进行分析,然后对其他信号电路的不同点作出补充说明。输入到Z7同相端的信号是由MPl给定信号、速度反馈信号和电流限制信号组合而成。由司钻限制台输入的MPI给定信号由125端输入，信号变更范围为O-8.2V,由泥浆泵MPl限制柜输入的给定信号从126端进来,信号变更范围同上，直流接触器逻辑限制信号由124端输入，当直流接触器未闭合时，124端置空，点为+11V左右，+14V电源经Rl1、D2综合其他信号使点电位为+5V左右，D47导通,D48截止，该部分电路没有输出信号.当直流接触器被
24、指配吸合，124端接通一14V电源，D2截止，MPl的司钻限制台给定信号经R2及点输入的速度反馈信号N(0+5V)综合，使点电位在0-1丫之间变更，并通过D48输入Z7同相输入端。R57、R802、D48和R34组成电流限幅电路,当点负电位过大B寸,D47截止，R34、D48、R57IlR802形成闭合回路,将点电位限制在一IV,此值为Z7的最大输入值，它将触发给定的幅值限制在+Oo5V,变更R57就能在肯定范围内变更电流的限幅值。当SCR系统用于驱动转盘时，其输入网络及MPl输入电路基本相同，只是钻井工艺要求对转盘的驱动转矩进行限制，所以在MPl输入电路的基础上,增加了由R31、R35、R2
25、3和C9组成的转盘转矩限制电路(即限制转盘电动机电流)，出司钻限制台上的转盘转矩限制电位器所给定的限制信号经128端输入组件，经过上述转矩限制电路，及手轮给定信号、速度反馈信号综合,经D15输送至Z7同相输入端转矩限制信号的接入,使Z7的输入信号不能超过某个数值,从而限制SCR桥的输出电压，即限制转盘电动机的电流和转矩。当SCR系统用于驱动绞车电动机时，输入端子是116,117和114,其中116,117输入信号及泥浆泵和转盘对应，其作用完全相同。114输入脚踏指令限制器的O-8.2V给定信号，起先起钻时，司钻首先略转手轮指令限制器，把绞车转速速写在锚头速度.此时只有手轮速度给定在起作用，若需
26、快速起钻时，司钻踏下脚踏指令限制器，将一较负的信号经R6、D55和R51输入到电压跟随器Z9（用以提高输入阻抗），然后通过R26使DlO截止，将绞车手轮给定信号和R72的绞车速度反馈信号断开，速度反馈信号只能通过R84输入，点为一1丫，触发脉冲前移，SCR桥电压上升，绞车快速运行，以提高起钻效率.当松开脚踏指令限制器时，脚踏指令为零，117端的手轮给定信号再次起作用,使绞车电动机转速回到锚头速度。需留意的是,绞车手轮速度给定必需离开关断位置时，脚踏指令限制器才能起作用，否则用脚踏指令限制器会造成电动机从零状态突然加速到高速，造成过大的起动电流和机械振动，不利于设备及人身平安.由R51、R52、
27、C5和C6组成的电路形成电容器充电的延迟环节,防止司钻瞬时误压脚踏限制器时,组件使SCR桥驱动电动机马上高速起钻，造成事故，增加了延迟环节后，若发生误操作，还来得及马上改正，若正常压下脚踏限制器，起钻速度会渐渐增加，从而防止机械振动并保证平安.第八节速度反馈运用串励电动机时,Rossiiill组件的的速度反馈信号是由反电势除以磁通得来的（Ea=CC-nC）,及反电势Ea近似成正比的电压反馈信号从101和102端输入,经过R705R708和C703组成的滤波网络,去掉沟通成分，再经Z701放大后，输出直流电压，这个电压作为被除数输入除法器Z703的端子。Z702以及相关的电阻和二级管组成函数发生
28、器，131反馈回来的电流反馈信号经过该函数发生器，模拟从电流到磁通的变换,成为磁通C,磁通。和电流Ia的关系曲线如下图C-Ia（一）。函数发生器共有四条反馈支路，当电流信号很小时，只有R725起负反馈作用，其余支路由于D703、D704、D705截止，没有反馈作用，在这种条件下，。一Ia关系如下图C-Ia（二）oa段.当电流反馈信号增加一些后，由于D703阴极电位最低（该电位由R721确定），所以D703首先导通,反馈比原来加强，。及Ia的比值相对减小，相当于曲线ab段。电流信号接着增大,D704导通，形成be段曲线，当三个二极管全部导通，也就是电流接近电动机额定电流时，负反馈最强,相当于曲线
29、的Cd段.可以看出，曲线OabCd及电机磁化曲线很相近，因此可将Z702的输出看作及电流成对应关系的磁通量，再将该磁通量经R715、R7】3、C706稳定滤波后,送到除法器Z703的端作为除数.除法器的商从Z703的和端输出，作为串励电动机的速度反馈信号，由CB15输至速度调整器中。第九节动力制动起钻过程中，为了提高效率，踏下脚踏指令限制器，使绞车电动机快速运转，当游车升到二层平台后，为快速降低电动机转速，采纳动力制动，将电动机转速很快降到手轮限制的锚头速度，通常电动机从满速降到锚头速度须要时间3040s,运用动力制动后，使降速时间削减到1015s.从脚踏指令限制器释放到动力制动自动投入，约需
30、23s,动力制动只在SCR系统驱动绞车起钻的状况下运用。动力制动的基本工作原理是将电动机产生的电磁转矩变成阻力转矩，该转矩及电枢的旋转方向相反，使电动机转速快速下降或停转。这时电动机汲取转轴上的机械能转换为电量后，又进一步转换为热能消耗掉，所以动力制动乂称为能耗制动。图3下半部分为动力制动限制线路，自端转入触发给定信号，动力制动时，由于释放了脚踏指令限制器，电动机高速运转时的速度反馈电平高于速度给定电平，端电位约为-5V,端电位即CBl16电位为绞车接触器逻辑电平，系统用于驱动绞车电动机时为一MV.由支路0V-D714f）713-R729-R728-14V可看出，二极管D711虽然导通，但D7
31、14、D713也导通，Q702放射极反偏，使Q702截止，其集电极电位上升，放大器Z704输出负电位，Q703饱和导通,其集电极电位接近0V，通过D719、R760、D730影响零位锁定环节，使触发器给定维持在一5V左右.同时该电位使Q705基板电位上升，Q705导通，使K701吸合，将宜流组件的127和128端子吸合接通，从而影响外国动力制动单元工作（由于本项目只针对R0SSH11X直流组件原理进行分析,所以不对外围动力制动单元工作原理进行描述）。Q705导通，使继电器K701吸合的同时,Q705集电极电位降低，2705输出高电平,Q706导通，继电器K702吸合,将组件138端的120VA
32、C通过其接点接向D726、D727、R758、D728和C708,经过整流箝位后，在D728阳极形成+0.7V电位,这个电位供应Q706固定的偏压，同时使D729阴极为零电位，将原来从D719送来的零电位锁定，以确保输出到零位锁定环节（即电流调整涔）的触发给定信号维持在一5V,以防止SCR桥在制动过程中被触发导通，达到K701和K702共同影响外围动力制动单元的目的。司钻从松开脚踏指令限制器到动力制动起先作用有23s延时,这是为了在提钻过程中，司钻瞬时松开脚踏限制器时.，只要松开时间不超过这个设定时间，再重新踏下限制器，由于电路的延时作用，不影响接着高速提钻。延时时间由R732、C712确定，
33、其时间常数为:T=R742C712=47051000=2o35S另外，当Q706导通时，其集电极电位约为-10V,将该电位级D721的R749送入电流一磁通变换环节，使模拟磁通信号维持在较大数值，从而将速度负反馈限制在较小数值，当动力制动结束时，图1中的DlO导通，使绞车的手轮给定信号和由R72输入的速度反馈信号重新发生作用。当电动机转速降到手轮给定的锚头速度时,D7U阳极端输入+0.5V,使Q702放射极正偏导通，从而破坏制动条件，撤消制动指令，电动机复原手轮速度给定限制。从制动指令撤消到制动接触器断开，也有IS左右延时,这个时间由R728和C707确定，其时间常数为：T=R748C707=4702/1000=0094s这个延时的目的也是防止司钻瞬时误操作和其他干扰信号发出制动撤消指令，中止制动功能，以保证制动过程的正常进行。
